WO2005035294A1

WO2005035294A1 - Antriebsstrang und verfahren zum steuern und regeln eines antriebsstranges

Info

Publication number: WO2005035294A1
Application number: PCT/EP2004/010551
Authority: WO
Inventors: Christoph Pelchen; Barbara Schmohl; Ulrich Mair
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2003-09-27
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2005-04-21
Also published as: EP1667867A1; US20070034441A1; CN1856414A; DE10344969A1

Abstract

Es wird ein Antriebsstrang (1) und ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges (1) eines Fahrzeugs mit wenigstens zwei antreibbaren Fahrzeugachsen (4, 5) beschrieben. Zwischen einer Antriebsmaschine (2) und den Fahrzeugachsen (4, 5) ist ein Hauptgetriebe (3) zum Darstellen verschiedener Übersetzungen angeordnet. Des weiteren ist zwischen dem Hauptgetriebe (3) und den Fahrzeugachsen (4, 5) jeweils eine steuer- und regelbare Kupplung (k_VA, k_HA) vorgesehen, deren Übertragungsfähigkeit jeweils über eine Aktuatorik (10) einstellbar ist, wobei ein Antriebsmoment zwischen den Fahrzeugachsen (4, 5) in Abhängigkeit der eingestellten Übertragungsfähigkeiten der Kupplungen (k_VA, k_HA) verteilbar ist. Die Übertragungsfähigkeiten der Kupplungen (k_VA, k_HA) sind zur bedarfsgerechten und wirkungsgradoptimierten Verteilung des Antriebsmomentes über die Aktuatorik (10) derart einstellbar, dass eine Kupplung (k_VA bzw. k_HA) in einem Schlupfbetrieb betreibbar ist, während die andere Kupplung (k_HA bzw. K_VA) wenigstens annähernd in einem synchronen Zustand haltbar ist.

Description

ANTRIEBSSTRANG UND VERFAHREN ZUM STEUERN UND REGELN EINES ANTRIEBSSTRANGES

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit wenigstens zwei antreibbaren Fahrzeugachsen und mit einem zwischen einer Antriebsmaschine und den Fahr- zeugacnsen angeordneten Hauptgetriebe und ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines derartigen Antriebsstranges gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 10.

In aus der Praxis bekannten Antriebssträngen von Fahrzeugen wird ein von einer Antriebsmaschine erzeugtes Antriebsmoment bedarfsgerecht über ein Getriebe zu den An- triebsrädern geleitet. Sind Fahrzeuge, wie Allrad-PK s oder Allrad— K s, mit mehreren angetriebenen Achsen ausgeführt, wird die Leistung der Antriebsmaschine im Antriebsstrang eines derartigen Fahrzeugs auf die einzelnen Antriebsachsen und die verschiedenen Antriebsräder verteilt.

Die vorbeschriebene Leistungsverteilung erfolgt im allgemeinen mit sogenannten Differentialgetrieben, wobei Längsdifferentialgetriebe in Fahrtrichtung gesehen zur Längsverteilung der Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf mehrere angetriebene Fahrzeugachsen eingesetzt werden. Sogenannte Querdifferentiale bzw. Ausgleichsgetriebe sind in Bezug auf die Fahrtrichtung eines Fahrzeugs für eine Querverteilung der Antriebsleistung auf Antriebsräder einer Fahrzeugachse vorgesehen.

Die in der Praxis herkömmlich verwendeten Bauarten von Differentialgetrieben sind sogenannte Kegelraddifferentiale, Stirnraddifferentiale in ^'Planetenbauweise oder auch Schneckenraddifferentiale. Insbesondere Stirnraddifferentiale werden wegen der Möglichkeit zur unsymmetrischen Momentenverteilung meist als Längsdifferentiale eingesetzt. Ke- gelraddifferentiale sind mittlerweile für einen Queraus- gleich bei Fahrzeugen Standard. Schneckenraddifferentiale werden sowohl zur Längsverteilung als auch .für eine Querverteilung' eingesetzt.

Bei derartigen aus der Praxis bekannten differential- _t gesteuerten Allradantrieben bzw. Allradsystemen erfolgt die Momentenverteilung auf die Vorder- und die Hinterachse durch, ein Planetenrad- oder ein Kegelradifferential. Mit Planetenraddifferentialen ist das Antriebsmoment durch Wahl der Übersetzung beliebig auf die beiden Antriebsachsen bzw. Fahrzeugachsen verteilbar. Gängige Momentenaufteilungen zwischen Vorder- und Hinterachse liegen bei 50% : 50% bis 33% : 66%. Bei Kegelradifferentialen liegt die Momentenverteilung fest bei 50% : 50%. Durch die Wahl eines festen Momentenverhältnisses zwischen Vorder- und Hinterachse ist die Zugkraftaufteilung nur für einen Punkt, den Auslegungspunkt, ideal.

Das Antriebsmoment wird also nicht proportional zu der dem momentanen Fahrzustand entsprechenden Achslast aufge- teilt- Sollen bei hohem Schlupf die Traktionsreserven vollständig ausgenutzt werden, was theoretisch nur bei variabler Momentenverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse möglich ist, kann das Längsdifferential gebremst oder gesperrt werden. Durch eine mit zunehmender Drehzahldifferenz kontinuierlich einsetzende Sperrwirkung, wie beispielsweise mittels einer Viskosperre, wird dabei das Fahrverhalten nicht negativ beeinflusst, und dauerhafte Verspannungen im Antriebsstrang, wie sie bei formschlüssigen Sperren auftreten, werden vermieden.

Darüber hinaus sind sogenannte kupplungsgesteuerte Allradantriebe bekannt, bei welchen Kupplungen, wie beispielsweise Lamellenkupplungen, mit von außen einstellbarem Kupplungsmoment eingesetzt werden. Dabei kann das Kupplungsmoment entsprechend dem momentanen Fahrzustand des Fahrzeugs gewählt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Momentenaufteilung zwischen Vorder- und Hinterachse an die dynamischen Achslaständerungen, also abhängig von Beschleunigung, Steigung, Beladung usw., anzupassen.

Weiter-s sind Mischformen, d. h. sogenannte differenti- al- und kupplungsgesteuerte Systeme, bekannt, bei welchen der Allradantrieb über eine elektronisch schaltbare Lamellenkupplung und/oder ein sperrbares Differential realisiert ist. Nachteilig dabei ist jedoch, dass-eine variable Momen- tenverteilung im Antriebsstrang durch einen Schlupfbetrieb der Kupplungen erreicht wird, was eine Wirkungsgradver- schlechterung eines solchen Antriebsstranges zur Folge hat. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang und ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges zur Verfügung zu stellen, mit welchen eine einfache, bedarfsgerechte und wirkungsgradoptimierte Verteilung eines Antriebsmomentes auf mehrere -Antriebsachsen durchführbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Antriebsstrang gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und -einem Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang eines Fahr- zeugs, der mit wenigstens zwei antreibbaren Fahrzeugachsen und mit einem Hauptgetriebe zwischen einer Antriebsmaschine und den Fahrzeugachsen zum Darstellen von verschiedenen Übersetzungen ausgeführt ist, und der jeweils in den Längsantriebssträngen zwischen dem Hauptgetriebe und den^'Fahr-zeugachsen eine Steuer- und regelbare reibschlüssige Kupplung aufweist, deren Übertragungsfähigkeit jeweils über eine Aktuatorik einstellbar ist, ist ein Antriebsmoment der Antriebsmaschine- zwischen den antreibbaren Fahrzeugachsen in Abhängigkeit der variierbaren Übertragungsfähigkeiten der Kupplungen verteilbar, wobei jeweils eine der Kupplungen zum variablen Verteilen des Antriebsmomentes zwischen den antreibbaren Fahrzeugachsen schlupfend betreibbar ist, während eine weitere Kupplung in einem synchronen Zustand haltbar ist.

Dadurch wird erreicht, dass die Verlustleistung des kupplungsgesteuerten Allradantriebes eines Fahrzeuges immer nur in einer der Kupplungen der Längsantriebsstränge auftritt, während die andere Kupplung verlustfrei in einem synchronen Zustand betrieben wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges, bei welchem zur Verteilung eines Ant iebsmomentes zwischen den antreibbaren Fahrzeug- achsen die Übertragungsfähigkeiten der beiden Kupplungen derart eingestellt werden, dass eine der Kupplungen der Längsantriebsstränge in einem synchronen Zustand betrieben wird, während die andere Kupplung schlupfend betrieben wird, ist der Wirkungsgrad des Antriebsstranges auf einfache Art und Weise verbesserbar. Dazu wird die Übertragungsfähigkeit der Kupplung, die schl pfend betrieben wird, zwischen einem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert, der einem synchronen Zustand der zweiten Kupplung entspricht, variiert. Hierbei ist das Antrlebsmoment in beliebigen Verhältnissen, d-. h. mit Verteilungsgraden des Antriebsmomentes zwischen 0 % und 100%, zwischen den antreib- baren Fahrzeugachsen bedarfsgerecht und wirkungsgradopti- iert verteilbar.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebe- nen Ausführungsbeispielen.

. Es zeigt:

Fig.l eine stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges eines Fahrzeuges;

Fig.2 eine grafische Darstellung eines Zusammenhanges zwischen den Übertragungsfähigkeiten der Kupplungen des Antriebsstranges gemäß Fig. 1 und einem Verteilungsgrad des Antriebsmomentes zwischen zwei antreibbaren Fahrzeugachsen des Antriebsstranges; Fig.3 eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer Aktuatorik zum Einstellen der Ubertragungsfahigkeiten der beiden Kupplungen aus Fig. 1; Fig.4 eine zweite Ausführungsform der Aktuatorik zur Einstellung der Ubertragungsfahigkeiten der Kupplungen aus Fig. 1;

Fig.5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Aktuatorik des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;

Fig.-6 ein viertes Ausführungsbeispiel der Aktuato- rik, wobei jeweils eine Kupplung von einem Antriebsaggregat antreibbar ist; und

Fig.7 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Aktuatorik des erfindungsgemäßen Antriebsstranges.

Fig. 1 zeigt einen Antriebsstrang 1 eines allradge- triebenen Fahrzeugs in einer stark schematisierten Darstellung. Der Antriebsstrang 1 umfaßt ein Antriebsaggregat bzw. eine Brennkraftmaschine 2 und ein Hauptgetriebe 3, welches jedes an sich aus der Praxis bekannte Getriebe sein kann.

Zwischen dem Hauptgetriebe 3, welches zur Darstellung unterschiedlicher Übersetzungen vorgesehen ist, und zwei antreibbaren Fahrzeugachsen 4, 5 des Fahrzeuges, die in bekannter Weise auf jeder Fahrzeugseite mit wenigstens einem Antriebsrad 6, 7 verbunden sind, sind zwei Kupplungen k_HA und k_VA in Längsantriebssträngen 1_HA und 1_VA angeordnet, d. h. zwischen dem Hauptgetriebe 3 und Einrichtungen 8, 9 zum Ausgleichen von Differenzdrehzahlen zwischen den Antriebsrädern 6 der Fahrzeugachse 4 und den Antriebsrädern 7 'der Fahrzeugachse 5, welche Einrichtungen 8, 9 vorliegend als an sich bekannte Querverteilergetriebe ausgeführt sind. Des Weiteren wird der den Antriebsachsen 4 und 5 jeweils zugeführte Teil des Antriebsmomentes über die Einrichtungen 8, 9 zu den Antriebsrädern 6 und 7 weitergeleitet und zwischen den Antriebsrädern 6 bzw. 7 der betreffenden Antriebsachse 4 bzw. 5 bedarfsgerecht verteilt.

Die beiden Querverteilergetriebe 8 und 9 bieten die Möglichkeit, die Antriebsräder β und 7 der Antriebsachsen 4 und 5 unabhängig voneinander entsprechend den verschiedenen Weglängen der linken bzw. rechten Fahrspur mit unterschied- liehen Drehzahlen anzutreiben, wodurch das Antriebsmoment symmetrisch und somit giermomentenfrei zwischen zwei Antriebsrädern 6 bzw. 7 einer Antriebsachse 4 bzw. 5 verteilbar ist. Die beiden Kupplungen k_HA und k__VA sind vorliegend als Steuer- und regelbare reibschlüssige Lamellenkupplungen ausgeführt, deren Übertragungsfähigkeit jeweils über eine in Fig. 3 bis Fig. 7 in verschiedenen Ausführungen dargestellte Aktuatorik 10 einstellbar ist und die im Bereich eines Getriebeausgangs eines in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellten Verteilergetriebes 11 angeordnet sind. Mit den Kupplung k__HA und k_VA besteht die Möglichkeit, ein Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 bzw. Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes 3 variabel und bedarfsge- recht zwischen den beiden antreibbaren Fahrzeugachsen 4, 5 zu verteilen .

Die Ansteuerung der beiden Kupplungen k__HA und k__VA sowie die daraus resultierende Verteilung des anliegenden Antriebsmomentes auf die beiden Fahrzeugachsen 4 und 5 wird anhand der Darstellung in Fig. 2 näher erläutert. Fig. 2 zeigt drei stark schematisierte Verläufe, wovon ein erster Verlauf gk_VA einen Verlauf einer Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung k__VA zwischen einem unteren Grenzwert W(u) und einem oberen Grenzwert W(o) darstellt. Ein weiterer Verlauf gk_HA stellt den Verlauf der Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung k_HA dar, der mit dem Verlauf gk_VA der ersten Kupplung k__VA korrespondiert. Ein dritter Verlauf gvt stellt den Verlauf eines Verteilungsgrades des Antriebsmomentes zwischen den beiden Fahrzeug- achsen 4 und 5 graphisch dar, wobei die Fahrzeugachse 4 vorliegend die Vorderachse (VA) und die Fahrzeugachse 5 die Hinterachse (HA) eines Allradfahrzeuges darstellt.

Im Punkt I, in welchem die Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung k_VA dem unteren Grenzwert W(u) entspricht, wird über die erste Kupplung k_VA im wesentlichen kein Drehmoment übertragen. Gleichzeitig ist die Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung k_HA auf den oberen Grenzwert W(o) eingestellt, bei dem sich die zweite Kupplung k_HA in einem synchronen Zustand befindet und zwischen den beiden Kupplungshälften der zweiten Kupplung k_HA kein Schlupf auftritt. In diesem Betriebszustand der beiden Kupplungen k_VA und k_HA wird das gesamte Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 auf die Hinterachse 5 geführt.

Im Bereich zwischen dem Punkt I und einem zweiten Punkt II des Diagramms gemäß Fig. 2 wird die Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung k_HA derart gesteuert und geregelt eingestellt, dass die Kupplung k_HA in ihrem syn- chronen Zustand verbleibt. Gleichzeitig wird die Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung k_VA von ihrem unteren Grenzwert W(u), bei dem sie kein Drehmoment überträgt, in Richtung des oberen Grenzwertes W(o) der Übertragungsfähig- keit verändert, bei welchem sich die erste Kupplung k__VA ebenfalls in ihrem synchronen Zustand befindet. Das bedeutet, dass die Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung k_VA im Bereich zwischen dem Punkt I und dem Punkt II ste- tig angehoben wird. Dies hat zur Folge, dass sich der Verteilungsgrad des Antriebsmomentes zwischen den beiden Fahrzeugachsen 4 und 5 ändert, da mit steigender Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung k_VA ein zunehmender Teil des Antriebsmomentes auf die vordere Fahrzeugachse 4 geführt wird.

Bei Vorliegen des Betriebszustandes des Antriebsstranges 1, der dem Punkt II des Diagramms gemäß Fig. 2 entspricht und bei dem sich beide Kupplungen k_VA und k_HA in synchronem Zustand befinden, liegt ein definierter Verteilungsgrad des Antriebsmomentes zwischen den beiden Fahrzeugachse 4 und 5 vor.

In einem Bereich zwischen dem zweiten Punkt II und ei- nem dritten Punkt III des Diagramms gemäß Fig. 2 wird die

Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung k_VA derart geregelt und gesteuert eingestellt, dass die erste Kupplung k_VA in ihrem Synchronzustand gehalten wird. Gleichzeitig wird die Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung k_HA ausgehend von dem oberen Grenzwert W(o) der Übertragungsfähigkeit, bei welchem die zweite Kupplung k_HA synchron ist, stetig in Richtung des unteren Grenzwertes W(u) der Übertragungsfähigkeit reduziert, bei dem die zweite Kupplung k_HA im Wesentlichen kein Drehmoment mehr in Richtung der hinteren Fahrzeugachse 5 überträgt.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, steigt der Verlauf gvt des Verteilungsgrades des Antriebsmomentes zwischen den Fahrzeugachsen 4 und 5 mit zunehmender Reduzierung der Ü- bertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung k_HA bis hin zu seinem maximalen Wert im Punkt III an, bei dem das Antriebmoment vollständig auf die Vorderachse 4 übertragen wird.

Mittels der beiden Steuer- und regelbaren Kupplungen k_HA und k_VA besteht die Möglichkeit, das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 2 bzw. das Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes 3 .bedarfsgerecht, stufenlos und wir- kύngsgradoptimiert zwischen den Fahrzeugachsen 4 und 5 zu verteilen. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades wird durch die vorbeschriebene erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Steuerung und Regelung der beiden Kupplungen erreicht, da stets eine der beiden Kupplungen k__VA bzw. k_HA schlupffrei betrieben wird, während die andere Kupplung k_HA bzw. -k__VA mit einer mit der betriebssituationsabhängigen Antriebsleistungsverteilung im Antriebsstrang korrespondierenden Differenzdrehzahl betrieben wird. Mittels dieser Betriebsstrategie lassen sich die Reibungsverluste mit allen Vor- teilen eines kupplungsgesteuerten -Allradantriebes minimieren.

Des Weiteren besteht durch den Einsatz der beiden Steuer- und regelbaren Kupplungen k__VA, k_HA im Verteiler- getriebe 11 vorteilhafterweise die Möglichkeit, das Hauptgetriebe 3 ohne ein separates Anfahrelement, wie beispielsweise einen hydrodynamischen Drehmomentwandler oder eine reibschlüssige Anfahrkiupplung, auszuführen oder ein Anfahrelement als zusätzliches Bauelement in den Antriebsstrang integrieren zu müssen, da entweder eine der beiden Kupplungen k_VA bzw. k_HA oder beide Kupplungen k_VA und k__HA die Funktion eines Anfahrelementes übernehmen können. Ist das Hauptgetriebe 3 beispielsweise als ein stufenloses Getriebe mit einem Kettenvariator ausgeführt, besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, den Variator bei stehendem Fahrzeug in seine Anfahrübersetzung zu verstellen, da der stehende Abtrieb des Fahrzeuges bei geöffneten Kupplungen k_VA und k_HA von dem Hauptgetriebe 3 getrennt^' ist.

Darüber hinaus ist aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des AntriebsStranges 1 mit den zwei Kupplungen k_VA und k_HA eine optimale Beeinflussung der Fahrdynamik, der Traktion sowie der Stabilität eines mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstranges ausgeführten Fahrzeuges gewährleistet, und der Antriebsstrang ist zudem im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Lösungen mit einem geringeren Ge- wicht ausführbar.

In Fig. 3 bis Fig. 7 sind fünf Ausführungsbeispiele der in Fig. 1 lediglich schematisiert dargestellten Aktuatorik 10 zum Steuern und Regeln der beiden Kupplungen k__VA und k_HA dargestellt, wobei in der Beschreibung zu Fig. 3 bis Fig. 7 für bau- und funktionsgleiche Bauteile der Übersichtlichkeit, halber dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Bei den in Fig. 3 bis Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispielen der Aktuatorik 10 werden die beiden Kupplungen k_HA und k_VA jeweils gleichzeitig von einem einzigen Aktuator 12 angesteuert, wohingegen die Kupplungen k_VA und k_HA bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der Aktuatorik jeweils von separaten Aktuatoren 12A und 12B angesteuert werden. Bezug nehmend auf Fig. 3 ist die Aktuatorik 10 mit einem Elektromotor als Aktuator 12 ausgeführt, dessen rotato- rische Antriebsbewegung mittels einer Wandlereinrichtung 13 in eine lineare Betätigungsbewegung für die Kupplungen k_VA und k__HA umwandelbar ist. Die Wandlereinrichtung 13 weist zwei miteinander wirkverbundene Kugelgewindetriebe 14 und 15 auf, wobei die Wirkverbindung der beiden Kugelgewindetriebe 14 und 15 dadurch ausgebildet ist, dass die Kugelgewindetriebe 14 und 15 eine gemeinsame, in axialer Richtung festgelegte und von dem Elektromotor 12 rotätorisch antreibbare Mutter 16 aufweisen, die über Kugelgewinde 14A und 15A mit Spindeln 14B und 15B in Wirkverbindung steht. Die Spindeln 14B und 15B der Kugelgewindetriebe 14, 15 sind derart mit gehäusefesten Bauteilen 17 drehfest verbunden und in axialer Richtung der Mutter 16 derart verschieblich ausgeführt, dass eine Rotation der Mutter 16 jeweils eine in axialer Richtung einer Antriebswelle 20 gerichtete translatorische Bewegung der Spindeln 14B und 15B zur Folge hat.

Die vorliegend als Lamellenkupplungen ausgeführten Kupplungen k_VA und k_HA bzw. deren Lamellenpakete 18 und 19 sind in Abhängigkeit einer axialen Position der Spindeln 14B und 15B der Kugelgewindetriebe 14 und 15 geöffnet oder in Reibeingriff. Dabei sind Innenlamellen 18A und 19A der Kupplungen k_VA und k_HA mit der Antriebswelle 20, über welche das Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes 2 an den Kupplungen k_VA und k_HA ansteht, drehfest verbunden. Außenlamellen 18B bzw. 19B der Kupplungen k_VA bzw. k_HA sind wiederum mit der Vorderachse 4 oder der Hinterachse 5 verbunden. Unter Berücksichtigung der zu Fig. 2 beschriebenen Steuerung und Regelung der Kupplungen k_VA und k_HA ist die in axialer Richtung erfolgende Verstellung der Spindeln 14B und 15B der Kugelgewindetriebe 14 und 15 in Abhängigkeit der von dem Elektromotor 12 ausgehenden Rotationsrichtung der Mutter 16 jeweils zueinander entgegengesetzt.

Das bedeutet, dass bei einer ersten Drehrichtung des Elektromotors 12 - beispielsweise nach rechts, bei der die Spindel 14B in Richtung des Lamellenpaketes 18 der ersten Kupplung k_VA verstellt wird, und ausgehend von einem Betriebszustand der Kupplungen k_VA und k__HA, der dem Zustand in Punkt I des Diagramms gemäß Fig. 2 entspricht, die Übertragungsfähigkeit der Kupplung k__VA angehoben wird.

Gleichzeitig wird die Spindel 15B von dem Lamellenpaket 19 der zweiten Kupplung k_HA, die synchron ist, in die gleiche Richtung wie die Spindel 14B verstellt. Dabei ändert sich zunächst an dem synchronen Zustand der zweiten Kupplung k_HA nichts. Steuert der Elektromotor 12' die Mutter 16 weiterhin mit der vorgenannten Drehrichtung an, wird die Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung k_VA solange erhöht, bis die erste Kupplung k_VA ebenfalls ihren synchronen Zustand erreicht. Gleichzeitig wird der Anpress- druck, welcher von der Spindel 15B auf das Lamellenpaket 19 der zweiten Kupplung k_HA aufgebracht wird, stetig reduziert, wobei die zweite Kupplung k_HA bis zum Punkt II des Diagramms der Fig. 2 in ihrem synchronen Zustand verbleibt, da der Anpressdruck der Spindel 15B auf das Lamellenpaket 19 der zweiten Kupplung k_HA nach wie vor ausreicht, um ein Schlupfen bzw. eine Di ferenzdrehzahl zwischen den Innenlamellen 19A und den Außenlamellen 19B des Lamellenpaketes 19 der zweiten Kupplung k HA zu vermeiden. Wird die Mutter 16 weiter in der vorbeschriebenen Art und Weise mit der gleichen Drehrichtung von dem Elektromotor 12 angesteuert und werden die Spindeln 14B und 15B zu- nehmend in Richtung des Lamellenpaketes 18 der ersten Kupplung k_VA translatorisch verschoben, geht die zweiten Kupplung k_HA in einen Schlupfbetrieb über, während die erste Kupplung k_VA sich in synchronem Zustand befindet. Die dabei vorliegenden Übertragungsfähigkeiten der beiden Kupp- lungen sind durch, die Verläufe gk_VA und gk_HA in Fig. 2 zwischen dem Punkt II und dem Punkt III graphisch dargestellt.

Das bedeutet, dass die Übertragungsfähigkeit der Kupp- lung k_HA mit zunehmendem Verstellweg der der zweiten Kupplung k_HA zugeordneten Spindel 15B derart reduziert wird, dass diese in einen Schlupfbetrieb übergeht. Gleichzeitig wird der Anpressdruck und die Übertragungsfähigkeit der Kupplung k_VA durch die fortschreitende translatorische Bewegung der der ersten Kupplung k__VA zugeordneten Spindel 14B in Richtung des Lamellenpaketes 18 erhöht. In Abhängigkeit der Reduzierung der Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung k_HA steigt der Betrag des' Antriebsmomentes an, der auf die Vorderachse 4 geführt wird, bis das Antriebsmo- ment vollständig auf die Vorderachse geführt wird. Letztgenannter Fall entspricht den Betriebszuständen der Kupplungen k_VA und k_HA in Punkt III des Diagramms gemäß Fig. 2.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ak- tuatorik 10, wobei die Wandlereinrichtung 13 gemäß Fig. 4 im Vergleich zu der Wandlereinrichtung 13 gemäß Fig. 3 mit einer einzigen Spindel 22 und zwei separaten Muttern 16A und 16B ausgeführt ist. Die einteilig ausgeführte Spindel 22 ist an dem gehäusefesten Bauteil 17 rotatorisch und translatorisch festgelegt, und die Muttern 16A und 16B sind über die Kugelgewinde 14A und 15A drehbar und in axialer Richtung der Antriebswelle 20 verschiebbar mit der Spindel 22 wirkverbunden.

Die Muttern 16A und 16B werden in der gleichen Art und Weise wie die in Fig. 3 gezeigten Spindeln 14B und 15B durch die rotatorische Antriebsleistung des Elektromotors 12 auf die Lamellenpakete 18 und 19 zu oder von diesen weg bewegt, wobei zwischen den Lamellenpaketen 18 und 19 der Kupplungen k_VA und k_HA und den Muttern 16A und 16B in der gleichen Art und Weise wie zwischen den Spindeln 14B und 15B der Kugelgewindetriebe 14 und 15 gemäß Fig. 3 und den Lamellenpaketen 18 und 19 jeweils Axialnadellager 23A und 23B sowie Federeinrichtungen 24A und 24B vorgesehen sind.

Die Axialnadellager 23A und 23B sind zum verlustärmeren Ausgleich von Differenzdrehzahlen zwischen den Spindeln 14B und 15B bzw. den Muttern 16A und 16B und den Lamellenpaketen 18 und 19 sowie zum Übertragen der Anpresskräfte der Wandlereinrichtung 13 auf die Lamellenpakete 18 und 19 vorgesehen. Die Federeinrichtungen 24A und 24B stellen^' vorliegend jeweils ein geeignetes Mittel dar, die Anpresskräf- te der Wandlereinrichtung 19 in geeigneter Art und Weise auf die Lamellenpakete 18 und 19 aufbringen zu können.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Aktuatorik 10 sind die Kupplungen k_VA und k_HA koaxial zueinander angeordnet und die Kupplung k_HA ist in die

Kupplung k_VA integriert. Diese Anordnung der Kupplungen k_VA und k_HA führt zu einer geringeren axialen Baulänge des Verteilergetriebes 11 des Antriebsstranges 1 im Bereich der beiden Kupplungen k_VA und k_HA als die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellte Anordnung der Kupplungen k_VA und k__HA.

Die Wandlereinrichtung 13 der Aktuatorik 10 gemäß Fig. 5 ist nur mit einem Kugelgewindetrieb 25 ausgeführt, der eine gehäuseseitig festgelegte Spindel 25C und eine von dem Elektromotor 12 rotatorisch antreibbare und in Richtung der Antriebsachse 20 translatorisch verschiebbare Mutter 25B umfasst, wobei die Spindel 25C und die Mutter 25B über ein Kugelgewinde 25A wirkverbunden sind. Die Antriebswelle 20 ist vorliegend mit einem Innenlamellenträger 18C des Lamellenpaketes 18 der Kupplung k_VA sowie einem Außenlamellen- träger 19C des Lamellenpaketes 19 der Kupplung k_HA verbunden.

Des Weiteren ist die Aktuatorik 10 mit einem Federsystem 26 ausgeführt, mittels welchem in Abhängigkeit einer translatorischen Bewegung der Mutter 25B des Kugelgewindetriebes 25 die zu Fig. 2 beschriebene Steuerung und Rege- lung der Kupplungen k__VA und k_HA mit nur einem translatorisch bewegbaren Bauteil 27 durchführbar ist.

Das Federsystem 26 weist zwischen dem Bauteil 27, welches an der Mutter 25B bzw. an einem weiteren Axialnadella- ger 28 anliegt, und den Innenlamellen 18A bzw. den Außenlamellen 18B des Lamellenpaketes 18 der ersten Kupplung k_VA, zwischen dem Bauteil 27 und dem Innenlamellenträger 18C des Lamellenpaketes 18 der ersten Kupplung k_VA sowie zwischen dem Bauteil 27 und den Innenlamellen 19A bzw. den Außenla- mellen 19B des Lamellenpaketes 19 der zweiten Kupplung k_HA jeweils als Tellerfedern ausgebildete Federn 26A, 26B, 26C auf. Die Tellerfedern 26A, 26B und 26C sind dabei derart angeordnet, dass eine translatorische Bewegung der Mutter 25B in Richtung der Lamellenpakete 18 und 19 der Kupplungen k_VA und k_HA eine Erhöhung des Anpressdruckes des Lamellenpaketes 18 der Kupplung k_VA und eine gleichzeitige Reduzierung des Anpressdruckes des Lamellenpaketes 19 der Kupplung k_Ha zur Folge hat. Wird die Mutter 25B des Kugelgewindetriebes 25.von den Lamellenpaketen 18 und 19 der Kupplungen k_VA und k_HA wegbewegt, wird der Anpressdruck auf das Lamellenpaket 18 der ersten Kupplung k_VA reduziert und der Anpressdruck auf das Lamellenpaket 19 der zweiten Kupplung k_HA vergrößert.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Aktuatorik 10 dargestellt, bei dem die Übertragungsfähigkeiten der Kupplungen k_VA und k_HA durch eine auf der An- triebswelle - 20 verschiebbar angeordnete Schiebehülse 29

Steuer- und regelbar sind. Zwischen der Schiebehülse 29 und den Lamellenpaketen 18 und 19 der Kupplungen k__VA und k_HA ist jeweils - wiederum ein Federsystem 26 mit Federn 26A, 26B und 26C angeordnet. Die Anpresskraft, welche in Abhängig- keit einer .axialen Position -der Schiebehülse 29 von dem

Federsystem 26 jeweils auf die Lamellenpakete 18 und 19 der Kupplungen k_VA und k_JHA aufgebracht wird, wird von den Federn 26A bis 26C in geeigneter Art und Weise übertragen. In die Schiebehülse 29 greift ein Stellhebelteil 30 ein, das in die durch den Doppelpfeil in Fig. 6 dargestellten Richtungen translatorisch von dem Aktuator 12 betätigbar ist. Der Aktuator 12, welcher in Fig. 6 lediglich stark schematisiert dargestellt ist, ist vorliegend als Elektro- otor ausgeführt. Der rotatorische Antrieb des Elektromotors 12 wird zur Betätigung der Kupplungen k_VA und k_HA über einen nicht näher dargestellten Kugelgewindetrieb auf das Stellhebelteil 30 übertragen. Zwischen einem Anschlag 31 und der Schiebehülse 29 ist die Feder 26C vorgesehen. Die Feder 26C sorgt bei einem Ausfall der Aktuatorik 10 dafür, dass das Antriebsmoment wenigstens auf eine der beiden Fahrzeugachsen 4 oder 5 übertragen wird und eine Fahrt in die nächste Werkstatt . ohne Allradantrieb möglich ist. Dabei sind die Federkräfte der Federn 26A bis 26C derart aufeinander abgestimmt, dass das Lamellenpaket 19 der zweiten Kupplung k_HA bei einem Ausfall der Aktuatorik 10 über die Schiebehülse 29 mit einer derartigen Anpresskraft beaufschlagt wird, dass das Antriebsmoment über die Kupplung k_HA auf die Hinterachse 5 des Fahrzeuges bzw. des Antriebsstranges 1 geführt wird. Die Kupplung k_VA ist dabei geöffnet, und es wird kein Mo- ment auf die Vorderachse 4 übertragen.

Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes, die Federkräfte der Federn 26A, 26B und 26C derart aufeinander abzustimmen, dass bei einem Ausfall der Aktua- torik 10 die Kupplungen k__VA und k_HA derart betätigt werden, dass das Getriebeausgangsmoment des Hauptgetriebes 3 in einem bestimmten Verhältnis, d. h. mit einem bestimmten Verteilungsgrad zwischen der Vorderachse 4 und der Hinterachse 5, auf die beiden Fahrzeugachsen 4 und 5 verteilt wird.

Bezug nehmend auf Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der Aktuatorik 10 dargestellt, bei der zum Betätigen der Kupplung k_VA und k HA zwei Aktuatoren 12A, 12B vorge- sehen sind. Die Aktuatoren 12A und 12B treiben jeweils die getrennt ausgeführten Kugelgewindetriebe 33 und 34 zur Betätigung der Kupplungen k_VA und k_HA an. Die Ansteuerung der Aktuatoren 12A und 12B ist derart miteinander gekop- pelt, dass jeweils eine Betätigung der einen Kupplung k_VA bzw. k_HA mit der Betätigung der anderen Kupplung k_HA bzw. k__VA korrespondiert. Die Betätigung der Kupplungen k_VA und k_HA ist derart, dass die Übertragungsfähigkeit der Kupp- lung k_VA oder der Kupplung k_HA variiert wird, während die Übertragungsfähigkeit der -anderen Kupplung k_VA bzw. k_HA konstant auf einem Wert gehalten wird, der einen synchronen Zustand dieser Kupplung k_HA bzw. k_VA bewirkt. Die Muttern 33A und 33B der Kugelgewindetriebe 33 und 34 sind auf der Antriebswelle 20 translatorisch fixiert und drehbar mit den Elektromotoren 12A und 12B verbunden, wobei eine Rotation der Muttern 33A und 34A über Kugelgewinde 33B und 34B auf Spindeln 33C und 34C der Kugelgewindetriebe 33 und 34 übertragen wird. Die Spindeln 33C und 34C sind gehäuseseitig rotatorisch fixiert und zur Betätigung der Kupplungen k_VA und k_HA in axialer Richtung der Antriebswelle 20 translatorisch verschieblich auf der Antriebswelle 20 angeordnet.

Bezugszeichenliste

Antriebssträng Antriebsmaschine Hauptgetriebe antreibbare Fahrzeugachse, Vorderachse Antreibbare Fahrzeugachse, Hinterachse Antriebsrad Antriebsrad Querverteilergetriebe Querverteilergetriebe Aktuatorik Verteilergetriebe AktuatorA,B Aktuator Wandlereinrichtung KugelgewindetriebA KugelgewindeB Spindel KugelgewindetriebA KugelgewindeB Spindel MutterA,B Mutter gehäusefestes Bauteil LamellenpaketA InnenlamellenB AußenlamellenC Innenlamellenträger LamellenpaketA InnenlamellenB AußenlamellenC Außenlamellenträger 20 Antriebswelle

22 Spindel

23A,B Axialnadellager

24A,B Federeinrichtung 25 Kugelgewindetrieb

25A Kugelgewinde

25B Mutter

25C Spindel

26 Federsystem 26A,B,C Feder

27 Bauteil

28 Axialnadellager

29 Schiebehülse

30 Stellhebelteil 31 Anschlag

33 Kugelgewindetrieb

33A Mutter

33B Kugelgewinde

33C Spindel 34 Kugelgewindetrieb

34A Mutter

34B Kugelgewinde

34C Spindel k__VA erste Kupplung k_HA zweite Kupplung

1_VA Längsverteilerantriebsstrang, Vorderachse 1_HA Längsverteilerantriebsstrang, Hinterachse gvt Verlauf des Verteilergrades gk_VA Verlauf der Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung gk_HA Verlauf der Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung W(u) unterer Grenzwert der Übertragungsfähigkeit der Kupplungen W(o) oberer Grenzwert der Übertragungsfähigkeit der Kupplungen

Claims

P a t e n t a n s p rü c h e

1. Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs mit wenigstens zwei -antreibbaren Fahrzeugachsen (4, 5), mit einem zwischen einer Antriebsmaschine (2) und den Fahrzeugachsen (4, 5) angeordneten Hauptgetriebe (3) zum Darstellen verschiedener Übersetzungen, und mit jeweils einer Steuer- und regelbaren reibschlüssigen Kupplung (k_VA, k_HA) , die zwischen dem

Hauptgetriebe (3) und den Fahrzeugachsen (4, 5) angeordnet ist und deren Übertragungsfähigkeit jeweils über eine Aktuatorik (10) einstellbar ist, wobei ein Antriebsmoment zwischen den antreibbaren Fahrzeugachsen (4, 5) in Abhängig- keit der eingestellten Übertragungsfähigkeiten der Kupplungen (k_VA, k_HA) verteilbar ist.

2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Übertragungsfähigkei- ten der Kupplungen (k_VA, k_HA) von einem gemeinsamen Aktuator (12) Steuer- und regelbar sind.

3. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Übertragungsfähigkei- ten der Kupplungen (k_VA, k_HA) von separaten Aktuatoren (12A, 12B) Steuer- und regelbar sind.

4. Antriebsstrang nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aktuator (12; 12A, 12B) als ein Elektromotor ausgeführt ist, dessen rota- torische Antriebsbewegung mittels einer Wandlereinrichtung (13) in eine translatorische Betätigung für die Kupplungen (k VA, k HA) umwandelbar ist.

5. Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wandlereinrichtung (13) zwei miteinander wirkverbundene Kugelgewindetriebe (14, 15; 33, 34) aufweist.

6. Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kugelgewindetriebe (14, 15) eine gemeinsame, in axialer Richtung festgelegte und von dem Elektromotor (12) rotatorisch antreibbare Mutter (16) sowie jeweils eine Spindel (14B, 15B) aufweisen, wobei eine Rotation der Mutter (16) jeweils derart miteinander korrespondierende translatorische Bewegungen der Spindeln (14B, 15B) zur Folge hat, dass die Übertragungsfä- higkeit einer der Kupplungen (k__VA bzw. k_HA) variiert und die Übertragungsfähigkeit der jeweils anderen Kupplung (k__VA bzw. k_HA) auf einem Wert gehalten wird, der einem synchronen Zustand dieser Kupplung (k_VA bzw. k_HA) entspricht.

7. Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die^' Kugelgewindetriebe (14, 15) eine gemeinsame, in axialer Richtung und rotatorisch festgelegte Spindel (22) aufweisen, auf der zwei Mut- tern (16A, 16B) angeordnet sind, welche von dem Elektromotor (12) rotatorisch antreibbar sind und die während einer Rotation in Abhängigkeit einer Gewindesteigung der Kugelgewindetriebe (14, 15) eine jeweils derart miteinander korrespondierende translatorische Bewegung zur Betätigung der Kupplungen (k_VA, k_HA) ausführen, dass die Übertragungsfähigkeit einer Kupplung (k_VA bzw. k_HA) variiert und die Übertragungsfähigkeit der anderen Kupplung (k_HA bzw. k_VA) auf einem Wert gehalten wird, der einem synchronen Zustand dieser Kupplung (k_HA bzw. k_VA) entspricht.

8. Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , dass die Wandlereinrichtung (13) nur einen Kugelgewindetrieb (25) aufweist, wobei zwischen den Kupplungen (k_VA, k_HA) und dem Kugelgewindetrieb (25) wenigstens ein Federsystem (26) angeordnet ist, mittels welchem bei einer translatorischen Betätigungsbewegung des Kugelgewindetriebs (25) gleichzeitig derart jeweils zueinander entgege gesetzte Betätigungen der Kupplungen (k_VA, k_HA) generierbar sind, dass die Übertragungsfähigkeit einer der Kupplungen (k_VA bzw. k_HA) variiert und die Übertragungsfähigkeit der jeweils anderen Kupplung (k_HA bzw. k__VA) auf einem Wert gehalten wird, der einem synchronen Zustand dieser Kupplung (k_VA, k_HA) entspricht.

9. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aktua- torik (10) mit jeweils einem Aktuator (12A, 12B) und jeweils einem damit korrespondierenden Kugelgewindetrieb (33, 34) für jede der Kupplungen (k_VA, k_HA) ausgeführt ist, wobei die Ansteuerung der Aktuatoren (12A, 12B) miteinander gekoppelt ist und jeweils eine Betätigung der einen Kupp- lung (k_VA) an die Betätigung der anderen Kupplung (k_HA) derart angepasst ist, dass die Übertragungsfähigkeit einer Kupplung (k__VA bzw. k_HA) variiert und die Übertragungsfähigkeit der anderen Kupplung (k_HA bzw. k_VA) auf einem Wert gehalten wird, der einem synchronen Zustand dieser Kupplung (k_HA bzw. k_VA) entspricht.

10. Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges (1) gemäß einem der vorstehend genannten Patentan- Sprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Verteilung eines Antriebsmomentes zwischen den beiden antreibbaren Fahrzeugachsen (4, 5) die Übertragungsfähigkeiten der beiden Kupplungen (k_VA, k_HA) derart einge- stellt werden, dass eine Kupplung (k_VA bzw. k_HA) einen synchronen Zustand aufweist und die Übertragungsfähigkeit der anderen Kupplung (k_HA bzw. k_VA) zwischen einem unteren Grenzwert (W(u)) und einem oberen Grenzwert (W(o)), der einem synchronen Zustand der Kupplungen (k_VA, k_HA) ent- spricht, variiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , dass bei Vorliegen des unteren Grenzwerts (W(u)) der Übertragungsfähigkeit der Kupplungen (k__VA, k_HA) im wesentlichen kein Drehmoment von den Kupplungen (k_VA, k__HA) übertragen wird und in synchronem Zustand der Kupplungen (k_VA, k_HA) ein an einer Kupplung (k_VA, k_HA) anliegendes Antriebsmoment vollständig und wenigstens annähernd verlustfrei übertragen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Vorliegen einer Übertragungsfähigkeit einer Kupplung (k_VA oder k_HA) , die dem unteren Grenzwert (W(u)) entspricht, auf die Fahrzeug- achse (4 oder 5) , die dieser Kupplung (k_VA oder k_HA) nachgeschaltet ist, im wesentlichen kein Antriebsmoment geführt wird, und dass das Antriebsmoment der Antriebsmaschine im wesentlichen vollständig auf die der synchronen Kupplung (k_VA oder k_HA) nachgeschalteten Fahrzeugachse (5 oder 4) geführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Vertei- lungsgrad des Antriebsmomentes zwischen den beiden Fahrzeugachsen (4 , 5) in Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit der Kupplung (k__VA, k_HA) variiert, deren Übertragungsfähigkeit verändert wird.